Закони повернення речовин і толерантності в родючості ґрунту

Закон повернення речовин у ґрунт: "Усі речовини, що використовуються рослинами під час створення врожаю, повинні повністю повертатися в ґрунт із добривами".

Цей закон, відкритий Ю. Лібіхом (1840), – наукова основа відтворення родючості ґрунту, окремий випадок прояву загального закону збереження речовин та енергії; порушення цього закону, за твердженням автора, "рано чи пізно має призводити до втрати ґрунтом родючості". К.А. Тимірязєв (1896) назвав цей закон "найвеличнішим відкриттям науки".

Внесення добрив – важливий засіб збереження та відтворення родючості ґрунту і збільшення продуктивності культурних рослин. Елементи живлення, що надходять у ґрунт із добривами, допомагають рослинам ефективніше використовувати ґрунтову вологу, сонячну енергію та інші екологічні фактори, тим самим повніше реалізувати свої потенційні можливості. Результати досліджень кругообігу та балансу поживних речовин у землеробстві дають чітке уявлення про агрохімічний стан ґрунтів і необхідні кількості та склад добрив. Це дозволяє підтримувати в ґрунті бездефіцитний баланс поживних речовин.

Коментуючи "закон повернення", А.М. Ликов, А.А. Коротков, Г.І. Баздирев та ін. (1990) зазначають, що землеробство як галузь виробництва є матеріальним за своєю природою. Урожай як матеріальна субстанція створюється з матеріальних складових частин, певна частина його – за рахунок речовин та енергії, що отримуються рослинами з ґрунту. Крім того, ґрунт – своєрідний посередник рослин у забезпеченні факторами життя, середовище їхнього зростання. При компенсації винесення речовин та енергії з ґрунту останній зберігає свою родючість; при компенсації речовин та енергії з певним ступенем перевищення відбуваються поліпшення ґрунту, "розширене відтворення" його родючості.

Закон толерантності

Закон толерантності: "Обмежувальний вплив на врожай справляє не лише нестача, а й надлишок будь-яких факторів". По суті, цей закон розширює і доповнює "закон мінімуму". Закон толерантності вперше був сформульований В. Шеффолдом (1913, 1934). Саме поняття "толерантність" означає витривалість організму стосовно коливань будь-якого екологічного фактора. При цьому діапазон між екологічним мінімумом і максимумом фактора становить так звану "межу толерантності" – величину витривалості організму до даного фактора.

Біологічний та агрономічний зміст закону толерантності полягає в тому, що для росту і розвитку рослин характерним є як екологічний мінімум, так і максимум. Даний закон був доповнений Ю.Н. Одумом (1975) такими принциповими положеннями:

– величина діапазону толерантності організмів до різних факторів неоднакова. Так, рослини нормально розвиваються в ширшому діапазоні концентрацій у ґрунті фосфору, ніж азоту;

– якщо умови за одним екологічним фактором не є оптимальними для даного виду рослин, то може звузитися і діапазон толерантності до інших факторів. Так, зі зміною температури повітря змінюється діапазон толерантності до зволоження;

– часто умови, знайдені як оптимальні у короткострокових лабораторних або вегетаційних дослідах для даної рослини, виявляються неоптимальними в польових умовах. У даному випадку розбіжність оптимальності факторів пов'язана з тим, що вегетаційна посудина як фізична модель не є подібною за низкою критеріїв до поля;

– межі толерантності до будь-якого фактора не є постійними протягом онтогенезу. Існують критичні періоди, у які багато факторів є лімітуючими. Так, проростки люцерни гинуть за такого значення рН середовища, за якого дорослі рослини здатні розвиватися.

Закон плодозміни

Закон плодозміни: "Будь-який агротехнічний захід є ефективнішим при плодозміні, ніж при беззмінній сівбі".

Велику роль в обґрунтуванні та науковому формулюванні цього закону відіграв наприкінці XVIII – на початку XIX ст. А.Д. Теєр. Він пропонував перебудувати систему землеробства на основі підтримання кількості гумусу в ґрунті на постійному рівні. Рішення цієї проблеми вчений вбачав у "плодозміні" – чергуванні сільськогосподарських культур з різними кореневими системами. "Впровадження плодозміни – справді велика заслуга Теєра", – зазначає один із провідних вітчизняних вчених-ґрунтознавців Л.О. Карпачевський (1983).

В інтерпретації В.В. Єрмоленкова, А.А. Шалюто, В.Н. Прокоповича та ін. (1998), сутність цього закону полягає в тому, що "вищі врожаї отримують при чергуванні культур у просторі та в часі, ніж при беззмінних посівах". Необхідність чергування різних культур на полях зумовлена тим, що різні культури по-різному впливають на властивості ґрунту та на навколишнє середовище.

Обґрунтовуючи причини та значення чергування сільськогосподарських культур у сівозміні, з погляду підвищення їхньої врожайності, Д.М. Прянишников ще на початку XX століття писав: "Причини, через які правильне чергування культурних рослин у сівозміні виявляється продуктивнішим, ніж безперервне вирощування однієї і тієї самої культури (або більш-менш однакових за своїми властивостями рослин), можна розділити на 4 групи:

1) причини хімічного порядку, тобто відмінності в хімічному складі рослин і споживанні ними поживних речовин;

2) причини фізичного порядку, тобто відмінності у стані ґрунту та його вологості після збирання врожаю різних культур;

3) причини біологічного порядку, тобто різне ставлення культур до хвороб, шкідників і бур'янів;

4) причини економічного порядку, тобто відмінності в кількості та розподілі в часі праці, якої потребують культури, їхнє різне значення для господарства".

На думку В.Д. Паннікова і В.Г. Мінєєва (1977), слід мати на увазі й причини, пов'язані з різною ґрунтозахисною роллю тих чи інших сільськогосподарських рослин, а також із меліоративним значенням деяких культур, насамперед багаторічних трав у сівозмінах зрошуваного землеробства. Вони ж звертають увагу на велике значення правильного чергування культур у раціональному використанні водного режиму ґрунту.

В основі зазначеного закону лежить загальнобіологічний закон єдності та взаємозв'язку рослинних організмів і умов середовища. Необхідність чергування різних культур на полях зумовлюється тим, що різні культури по-різному впливають на властивості ґрунту та на навколишнє середовище. По-різному змінюються агрофізичні властивості ґрунту, водний, повітряний, тепловий та поживний режими. Кожна культура або група культур мають свої біологічні особливості щодо впливу на склад ґрунтової мікрофлори та інтенсивність розвитку окремих фізіологічних груп мікроорганізмів. Саме на основі цього закону розробляються принципи побудови сучасних сівозмін.

Закон відповідності рослинного співтовариства своєму місцеіснуванню

"Закон відповідності рослинного співтовариства своєму місцеіснуванню: "Кожне (будь-яке) рослинне співтовариство повинно повною мірою відповідати своєму місцеіснуванню".

Як зазначає Ю.А. Штомпель (1999), розвиваючи ґрунтово-водоохоронну концепцію А.А. Жученка (1990) одним із законів землеробства, який неодмінно треба враховувати при створенні стійких агроландшафтів, є відповідність рослинного співтовариства своєму місцеіснуванню. Оскільки кожна культура володіє видоспецифічною екологічною стійкістю, необхідне правильне агрокліматичне макро- і мікрорайонування культивованих рослин". Цей закон, на думку вченого, має дуже важливе значення для протиерозійного землеробства, що ведеться на схилових землях.

Закон автотрофності зелених рослин

Закон автотрофності зелених рослин: "Зелені рослини, використовуючи енергію сонячного світла і поглинаючи з повітря вуглекислий газ, а з ґрунту воду і мінеральні сполуки, синтезують усі необхідні їм органічні речовини в кількостях, що забезпечують повний розвиток і високу урожайність рослин".

Як зазначає В.П. Нарциссов (1976), за часом відкриття і загальною значущістю в біології та агрономії цьому закону слід відвести перше місце, – він об'єднав теорії фотосинтезу та мінерального живлення рослин. Відповідно до цього закону, одним з основоположних принципів при формуванні врожаю має бути швидке утворення оптимальної листкової поверхні, здатної найбільшою мірою засвоювати сонячну енергію для синтезу цукрів, амінокислот, білків, ферментів та інших сполук, з яких створюються нові клітини, протоплазма, тканини та органи рослин.

Закон антагонізму іонів

Закон антагонізму іонів: "Окремі хімічні елементи, перебуваючи в ґрунті або у водному розчині в надлишку, перешкоджають поглинанню рослинами інших елементів".

Цей закон вперше сформулював у середині XIX ст. скандинавський вчений Оскар Лев. Висновок, який випливає з цього закону: співвідношення елементів у ґрунті має бути оптимальним, – інакше ті чи інші хімічні елементи, що перебувають у надлишку, можуть перешкоджати поглинанню рослинами інших елементів. Тому при неправильному співвідношенні елементів у ґрунті їхнє надходження в рослину може значно ускладнюватися.